Ribes Uva Crispa L.) Und Jostabeeren (Ribes X Nidigrolaria Bauer
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TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN Lehrstuhl für Allgemeine Lebensmitteltechnologie Kapillargaschromatographische und sensorische Untersuchungen flüchtiger Verbindungen in Stachelbeeren (Ribes uva crispa L.) und Jostabeeren (Ribes x nidigrolaria Bauer) Katrin S. Schrade Vollständiger Abdruck der von der Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt der Technischen Universität München zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Naturwissenschaften genehmigten Dissertation. Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr. W. Schwab Prüfer der Dissertation: 1. Univ.-Prof. Dr. K.-H. Engel 2. Univ.-Prof. Dr. P. Schieberle Die Dissertation wurde am 05.12.2013 bei der Technischen Universität München eingereicht und durch die Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt am 07.04.2014 angenommen. DANKSAGUNG Meinem Doktorvater Herrn Prof. Dr. K.-H. Engel danke ich sehr herzlich für die Überlassung des Themas und für die vielen anregenden Diskussionen. Insbesondere bedanke ich mich für die jederzeit offen stehende Tür, durch welche die Diskussionen fachlicher Fragestellungen stak erleichtert wurden. Weiterhin bedanke ich mich bei meinen ehemaligen Kolleginnen und Kollegen des Lehrstuhls für Allgemeine Lebensmitteltechnologie. Mir wurde eine außergewöhnliche Hilfsbereitschaft und Unterstützung entgegengebracht. Der starke Zusammenhalt in unserem Team führte zu einem wunderbaren Arbeitsklima, welches jeden meiner Arbeitstage verschönerte. Diese tolle Erfahrung werde ich nicht vergessen! Mein besonderer Dank gilt außerdem Oxana Fastowski, die mich bei den praktischen Arbeiten im Labor sowie durch ihr ruhiges Gemüt stets unterstützte, und an Anne-Marie Orth und Dr. Bastian Reichardt, die mich als Freunde und Kollegen in der Aromagruppe während fast der gesamten Zeit am Lehrstuhl unterstützten. Mit ihnen führte ich zahlreiche Diskussionen, die mich in meiner Arbeit weiterbrachten und ohne welche eine vielseitige Betrachtung von Fragestellungen und Problemen oft nicht möglich gewesen wäre. Für die erfolgreiche Mitarbeit im Rahmen ihrer Bachelor-, Abschluss- und Masterarbeiten, sowie Praktika bedanke ich mich sehr herzlich bei Svenja Nörenberg, Jennifer Gatzemeier, Johannes Dechau, Martina Lechner, Christan Hones, Melanie Marx, Marianna Ziegltrum, Johanna Celic und Markus Kopp. Außerdem danke ich allen Teilnehmern der zahlreichen Sensorik-Panels, die durch ihre tatkräftige Unterstützung entscheidend zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben. Herzlichen bedanke ich mich auch bei Herrn Schilling und Herrn Wiesinger (Hochschule Weihenstephan-Triesdorf, Freising), Herrn Göding (Lehr- und Beispielbetrieb Deutenkofen), Herrn Dr. Pour Nikfardjam und Frau Richter (Staatliche Lehr- und Versuchsanstalt für Wein- und Obstbau Weinsberg) sowie bei Herrn Schwaiger und Herrn Schimmelpfeng, ohne deren hilfsbereites Überlassen von Beeren diese Arbeit nicht möglich gewesen wäre. Mein größter Dank gilt allerdings meiner Familie, die mich während der gesamten Zeit unterstützte und mich in schwierigen Zeiten motivierte. Im Besonderen bedanke ich mich bei meinem Bruder Christian für dessen entgegengebrachtes Vertrauen und seine Unterstützung sowie bei meinem Mann Andri, der mir die Energie gab, diese Arbeit fertigzustellen. Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung und Zielsetzung ................................................................................... 1 2 Kenntnisstand und Grundlagen ........................................................................... 3 2.1 Stachelbeeren und Jostabeeren .............................................................................. 3 2.1.1 Botanik und Verwendung .................................................................................. 3 2.1.2 Inhaltsstoffe ...................................................................................................... 5 2.1.2.1 Stachelbeeren ............................................................................................ 5 2.1.2.2 Jostabeeren ............................................................................................... 8 2.2 Enzymatische Bildung von Aromastoffen aus ungesättigten Fettsäuren .................. 9 2.2.1 Enzymatische Bildung von C6-Komponenten .................................................... 9 2.2.2 Enzymatische Bildung weiterer kurzkettiger Aldehyde und Alkohole ................10 2.2.3 Aromaeigenschaften von C6-Komponenten .....................................................11 2.2.4 Pflanzenphysiologische Wirkung der C6-Komponenten ....................................11 2.3 Sensorische Analyse ..............................................................................................12 2.3.1 Geruchswahrnehmung .....................................................................................12 2.3.2 Methoden zur sensorischen Bewertung ...........................................................14 2.3.2.1 Verschiedene Anwendungen der Gaschromatographie-Olfaktometrie (GC-O) ......................................................................................................14 2.3.2.2 Aromawertkonzept ....................................................................................16 2.3.3 Rekombinationen und Weglassversuche .........................................................16 3 Material und Methoden .........................................................................................17 3.1 Material ...................................................................................................................17 3.1.1 Untersuchungsmaterial ....................................................................................17 3.1.2 Chemikalien .....................................................................................................19 3.1.3 Synthese von Referenzsubstanzen ..................................................................20 3.2 Methoden ...............................................................................................................21 3.2.1 Isolierung und Konzentrierung flüchtiger Verbindungen ...................................21 3.2.1.1 Vakuum Headspace Technik (VHS) ..........................................................21 3.2.1.2 Flüssig-Flüssig-Extraktion (LLE) ................................................................22 3.2.1.3 Headspace HRGC-MS (HS) ......................................................................22 3.2.2 Identifizierung flüchtiger Verbindungen (VHS und LLE) ...................................24 3.2.2.1 Bestimmung der Retentionsindices ...........................................................24 3.2.2.2 Kapillargaschromatographie-Massenspektrometrie (HRGC-MS) ...............24 3.2.3 Quantifizierung flüchtiger Verbindungen (VHS und LLE) ..................................25 3.2.3.1 Kapillargaschromatographie (HRGC-FID) .................................................25 3.2.3.2 Bestimmung der FID-Response-Faktoren .................................................26 3.2.3.3 Bestimmung der absoluten Wiederfindung von Heptan-2-ol ......................26 3.2.3.4 Bestimmung der relativen Wiederfindungsraten ........................................26 3.2.3.5 Ermittlung der Nachweis- und Bestimmungsgrenzen ................................28 2 3.2.3.6 Quantifizierung mit dem deuterierten Standard [ H2]-(Z)-Hex-3-enal .........29 3.2.4 Untersuchung chiraler Aromastoffe ..................................................................30 3.2.5 Sensorische Bewertung flüchtiger Verbindungen .............................................31 3.2.5.1 Kapillargaschromatographie-Olfaktometrie (GC-O) ...................................31 3.2.5.2 Bestimmung der Geruchsschwellenwerte von Aromastoffen .....................32 3.2.5.3 Berechnung von Aromawerten ..................................................................33 3.2.5.4 Aromaprofilanalyse ...................................................................................33 3.2.6 Rekombination des Aromas frischer Beeren ....................................................34 3.2.7 NMR-Spektroskopie .........................................................................................35 4 Ergebnisse und Diskussion .................................................................................37 4.1 Analyse der flüchtigen Verbindungen in Stachelbeeren ..........................................37 4.1.1 Identifizierung und Quantifizierung der flüchtigen Verbindungen mittels VHS ..37 4.1.1.1 Einleitung ..................................................................................................37 4.1.1.2 Zusammensetzung des flüchtigen Profils der frischen Beeren ..................37 4.1.1.3 Einfluss der enzymkatalysierten Reaktionen auf das Spektrum von C6-Verbindungen .......................................................................................52 4.1.1.4 Chirale Verbindungen in Stachelbeeren ....................................................53 4.1.1.5 Einfluss der Reife ......................................................................................56 4.1.1.6 Einfluss der Tiefkühllagerung ....................................................................58 4.1.2 Einfluss anderer Isolierungsverfahren ..............................................................61 4.1.2.1 Einleitung ..................................................................................................61 4.1.2.2 Isolierung der flüchtigen Verbindungen mittels LLE ...................................62 4.1.2.3 Isolierung